El estudio muestra que, para un peso determinado, existe un grosor de pared óptimo desde el punto de vista mecánico.

¿Quién tiene extremidades más eficientes, los artrópodos o los humanos?

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Dos investigadores irlandeses han dado a conocer que las extremidades de los saltamontes y los cangrejos presentan la forma ideal para resistir fuerzas de flexión y compresión y que su estructura posee una calidad considerablemente superior a la de las extremidades inferiores humanas.

Los científicos, pertenecientes al Trinity College de Dublín, explican en un artículo publicado en la revista de la Royal Society que los huesos de las piernas del ser humano serían el doble de resistentes si tuvieran la misma construcción.

«Como todos los artrópodos, los saltamontes y cangrejos cuentan con exoesqueletos que están hechos de un material muy especial llamado cutícula», explicó uno de los autores del estudio, el profesor David Taylor del Trinity Centre for Bioengineering. «Este exoesqueleto protege al animal igual que la armadura de un caballero. Recientemente demostramos que la cutícula es uno de los materiales naturales más resistentes.»

«Desde el punto de vista evolutivo ha sido bastante eficaz la condición de tener los huesos por fuera», añadió el otro autor, el Dr. Jan-Henning Dirks. «Durante millones de años se han encontrado prácticamente en todos los ecosistemas del mundo animales con exoesqueleto tales como insectos, arácnidos y crustáceos.»

Los científicos emplearon las técnicas más modernas de los campos de la mecánica aplicada a la ingeniería, ciencia de materiales y biomecánica para averiguar los motivos exactos del elevado éxito del exoesqueleto.

En su estudio prestaron especial atención al diámetro y el grosor de los huesos. Emplearon una máquina especial de tomografía computerizada para obtener radiografías de las extremidades de insectos con una resolución de unas pocas milésimas de milímetro y recopilaron y compararon datos del exoesqueleto de cangrejos y huesos humanos.

Sus resultados muestran que, mientras que los huesos de las extremidades inferiores humanas cuentan con estructuras tubulares con paredes relativamente gruesas, las extremidades de los insectos y los cangrejos presentan paredes mucho más finas en relación a su radio.

En palabras del profesor Taylor: «La razón entre el grosor de la pared y el radio resulta muy esclarecedora sobre la estabilidad mecánica de cada estructura. Pensemos en los huesos como si fueran simples tubos. Si uno tuviera una cantidad limitada de material, ¿qué haría? ¿Una vara estrecha y sólida o bien un tubo hueco y de paredes finas? Al comprimirla, la vara podría doblarse con facilidad, como la paja. En cambio, el tubo hueco podría ceder como una lata de cerveza.»

El estudio muestra que, para un peso determinado, existe un grosor de pared óptimo desde el punto de vista mecánico.

La forma de las extremidades de los cangrejos, por ejemplo, supone una solución ideal para resistir tanto las fuerzas de flexión como las de comprensión a las que se somete el cangrejo cuando camina bajo el agua. Por su parte, las extremidades de la langosta poseen la estructura óptima para resistir las elevadas fuerzas de flexión a las que se somete cuando salta.

El estudio concluye que si, hipotéticamente, el fémur humano se pudiera volver a diseñar en forma de exoesqueleto empleando la misma cantidad de material óseo, podría ser el doble de resistente de lo que es.

En palabras del profesor Taylor: «Evidentemente hay numerosos otros factores que determinan las respectivas ventajas evolutivas de endoesqueletos y exoesqueletos. Pero pensamos que, tras analizar el tema desde el punto de vista de un ingeniero de diseño, hemos aportado conocimientos esclarecedores sobre el desarrollo evolutivo de las distintas formas esqueléticas.»